开发基于ASP.NET WebService的图片验证码服务

最近，工作中接到一项任务，开发一个页面验证码功能，查阅了一些网上的资料，并结合以前的绘图方面的知识，实现了如下的解决方案。生成的验证码效果如图：

要解决的问题：

1. 如何随机生成图片

　  生成System.Drawing.Bitmap对象，使用System.Drawing.Graphics向位图对象中绘图。

2. 如何在WebService的方法中通过参数传递图片数据

　  将Bitmap对象输出成字节流，WebMothod使用字节数组返回该字节流。

实例：

1. 用VS.NET 2003创建一个asp.net Webservice工程，默认的Service名为MyService，为MyService添加一个名为GenerateVerifyImage的WebMethod。该方法的代码如下：

  /// <summary>
  /// 生成图片验证码
  /// </summary>
  /// <param name="nLen">验证码的长度</param>
  /// <param name="strKey">输出参数，验证码的内容</param>
  /// <returns>图片字节流</returns>
  [WebMethod]
  public byte[] GenerateVerifyImage(int nLen,ref string strKey)
  {
　 int nBmpWidth = 13*nLen+5;
　 int nBmpHeight = 25;
　 System.Drawing.Bitmap bmp = new System.Drawing.Bitmap(nBmpWidth,nBmpHeight);

　 // 1. 生成随机背景颜色
　 int nRed,nGreen,nBlue;  // 背景的三元色
　 System.Random rd = new Random((int)System.DateTime.Now.Ticks);
　 nRed = rd.Next(255)%128+128;
　 nGreen = rd.Next(255)%128+128;
　 nBlue = rd.Next(255)%128+128;

　 // 2. 填充位图背景
　 System.Drawing.Graphics graph = System.Drawing.Graphics.FromImage(bmp);
　 graph.FillRectangle(new SolidBrush(System.Drawing.Color.FromArgb(nRed,nGreen,nBlue))
　  ,0
　  ,0
　  ,nBmpWidth
　  ,nBmpHeight);

　 // 3. 绘制干扰线条，采用比背景略深一些的颜色
　 int nLines = 3;
　 System.Drawing.Pen pen = new System.Drawing.Pen(System.Drawing.Color.FromArgb(nRed-17,nGreen-17,nBlue-17),2);
　 for(int a =0;a< nLines;a++)
　 {
　  int x1 = rd.Next() % nBmpWidth;
　  int y1 = rd.Next() % nBmpHeight;
　  int x2 = rd.Next() % nBmpWidth;
　  int y2 = rd.Next() % nBmpHeight;
　  graph.DrawLine(pen,x1,y1,x2,y2);
　 }

　 // 采用的字符集，可以随即拓展，并可以控制字符出现的几率
　 string strCode = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; 

　 // 4. 循环取得字符，并绘制
　 string strResult = "";
　 for(int i=0;i<nLen;i++)
　 {
　  int x = (i*13 + rd.Next(3));
　  int y = rd.Next(4) + 1;

　  // 确定字体
　  System.Drawing.Font font = new System.Drawing.Font("Courier New",
　　 12 + rd.Next()%4,
　　 System.Drawing.FontStyle.Bold);
　  char c = strCode[rd.Next(strCode.Length)];  // 随机获取字符
　  strResult += c.ToString();

　  // 绘制字符
　  graph.DrawString(c.ToString(),
　　 font,
　　 new SolidBrush(System.Drawing.Color.FromArgb(nRed-60+y*3,nGreen-60+y*3,nBlue-40+y*3)),
　　 x,
　　 y);
　 }

　 // 5. 输出字节流
　 System.IO.MemoryStream bstream = new System.IO.MemoryStream();
　 bmp.Save(bstream,System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg);
　 bmp.Dispose();
　 graph.Dispose();

　 strKey = strResult;
　 byte[] byteReturn = bstream.ToArray();
　 bstream.Close();

　 return byteReturn;
  }

2. 测试WebMethod，添加一个WebForm，引用上述WebService，引用名为imagesvr。在Page_Load中添加代码：

　 ...
　 imagesvr.MyService imgsvr = new imagesvr.MyService();
　 string strKey = "";
　 byte[] data = imgsvr.GenerateVerifyImage(5,ref strKey);
　 Response.OutputStream.Write(data,0,data.Length);
　 ...

3. 运行。每次refresh这个WebForm时，就会显示一个新生成的图片验证码，而函数的输出参数strKey保存的就是这个验证码的实际内容，可以保存在session中，作为验证使用。

上次开发出图片验证码之后，根据一些朋友的建议，本着验证码易识别（针对人），不易破解，美观的原则，改进了验证码生成的算法，采用图像滤镜的方法，对图片验证码进行反破解干扰，结果图片示例如下：

滤镜效果主要采用波形（wave）算法，通过对X轴Y轴的正弦波形处理，产生叠加效果。算法主要描述如下：

  PRivate const double PI = 3.1415926535897932384626433832795;
  private const double PI2 = 6.283185307179586476925286766559;

  /// <summary>
  /// 正弦曲线Wave扭曲图片
  /// </summary>
  /// <param name="srcBmp"></param>
  /// <param name="bXDir"></param>
  /// <param name="nMultValue">波形的幅度倍数</param>
  /// <param name="dPhase">波形的起始相位，取值区间[0-2*PI)</param>
  /// <returns></returns>
  public System.Drawing.Bitmap TwistImage(Bitmap srcBmp,bool bXDir,double dMultValue,double dPhase)
  {
　 System.Drawing.Bitmap destBmp = new Bitmap(srcBmp.Width,srcBmp.Height);

　 // 将位图背景填充为白色
　 System.Drawing.Graphics graph = System.Drawing.Graphics.FromImage(destBmp);
　 graph.FillRectangle(new SolidBrush(System.Drawing.Color.White),0,0,destBmp.Width,destBmp.Height);
　 graph.Dispose();
 
　 double dBaseAxisLen = bXDir ? (double)destBmp.Height : (double)destBmp.Width;

　 for(int i=0;i<destBmp.Width;i++)
　 {
　  for(int j=0;j<destBmp.Height;j++)
　  {
　　 double dx = 0;
　　 dx = bXDir ? (PI2*(double)j)/dBaseAxisLen : (PI2*(double)i)/dBaseAxisLen;
　　 dx += dPhase;
　　 double dy = Math.Sin(dx);

// 取得当前点的颜色
　　 int nOldX = 0,nOldY = 0;
　　 nOldX = bXDir ? i + (int)(dy*dMultValue) : i;
　　 nOldY = bXDir ? j : j + (int)(dy*dMultValue);

System.Drawing.Color color = srcBmp.GetPixel(i,j);
　　 if(nOldX >= 0 && nOldX < destBmp.Width
　　  && nOldY >=0 && nOldY < destBmp.Height)
　　 {
　　  destBmp.SetPixel(nOldX,nOldY,color);
　　 }
　  }
　 }

　 return destBmp;
  }

开头的示例图片，是两次波形效果的叠加，两次效果分别针对X轴方向和Y轴方向，如果取消对边缘背景色的填充，可以看到算法对图形的影响，如下图：

这样产生的验证码，看起来很像Google站点上的验证码吧，当然，如果你有兴趣，还可以添加其他的滤镜效果，如拉伸，旋转，马赛克等。但是注意一点，网站验证码不是越复杂越好，要在速度和安全上找到一个平衡点。